《机电一体化系统设计》课程设计往届作业参考

0综合课程设计说明书（第2组）课程性质：专业课(必修)适用专业：机械电子工程所用时间：两周设计人：同组人：指导老师：机电与汽车工程学院1目录一、课程设计的题目及要求...................................................................................................2（一）题目...........................................................................................................................2（二）要求：.......................................................................................................................2二、总体方案的确定...............................................................................................................2三、机械部分的设计和计算...................................................................................................31、工作台的初步设计：.....................................................................................................32、滚动导轨的参数确定：.................................................................................................53、滚珠丝杆计算、选择。.................................................................................................64、步进电机的选择.............................................................................................................85、齿轮计算、设计...........................................................................................................106、步进电机等效负载计算...............................................................................................107、机械传动结构装配图见附录。...................................................................................118、三维图纸如下：...........................................................................................................11四、机床数控系统硬件电路设计.........................................................................................131、确定硬件电路总体方案:..............................................................................................132、主控制器CPU的选择：..............................................................................................143、I/O口扩展电路设计:....................................................................................................144、键盘、显示接口电路:..................................................................................................145、步进电机驱动电路.......................................................................................................146、其它辅助电路设计.......................................................................................................16五、系统控制软件的设计.....................................................................................................181、系统控制软件的主要内容...........................................................................................182、程序设计技术...............................................................................................................193、步进电机控制子程序的设计.......................................................................................194、汇编语言程序设计.......................................................................................................21六、课程设计的心得和体会.................................................................................................22七、参考资料.........................................................................................................................232一、课程设计的题目及要求（一）题目：单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台。已知条件：定位精度：±0.01mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命：T=15000h，中等冲击，各题目的有效行程、快速进给速度和工作载荷见下表：题号有效行程(mm)快速进给速度(mm/min)工作载荷Fz(N)LxLyvmaxvymax235035010001000300（二）要求：1.课程设计应在教师的指导下由学生独立完成，严格地要求自己，不允许相互抄袭；2.认真阅读《课程设计指导书》，明确题目及具体要求；3.认真查阅题目涉及内容的相关文献资料、手册、标准；4.大胆创新，确定合理、可行的总体设计方案；5.机械部分和驱动部分设计思路清晰，计算结果正确，选型合理；6.微机控制系统方案可行，硬件选择合理，软件框图正确；7.手工或电脑绘制机械系统装配图一张（A1），控制系统电气原理一张（A1），图纸符合国家标准，布图合理，内容完整表达清晰；8.课程设计说明书一份（不少于5000字），包括：目录，题目及要求，总体方案的确定，机械系统设计，控制系统设计，参考文献等。设计说明书应叙述清楚、表达正确、内容完整、技术术语符合标准。9.该课程设计由三人共同完成。其中，邓海燕完成机械部分的设计，甘浦泓和姜志凌完成电气部分的设计。二、总体方案的确定根据设计任务确定系统的总体机械和控制系统方案：进行系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。1.系统运动方式与伺服系统采用连续控制系统。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。2.计算机系统采用MCS-51系列中的8051单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。3.X—Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动3副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。系统总体框图三、机械部分的设计和计算1、工作台的初步设计：（1）确定系统脉冲当量脉冲当量dp是个进给指令时工作位移量，应小于等于工作台的位置精度。一般为0.01~0.005mm。（2）工作台外形尺寸及重量初步估算。取X向导轨支承钢球的中心距为130mm,Y向导轨支承钢球的中心距为180mm，设计工作简图。4工作台简图工作台的尺寸：55400400；重量：按重量=体积材料比重估算：N130108.2105540040023；X向拖板（上拖板）尺寸：长宽高：200200502000000；重量：按重量=体积材料比重估算：3220020050107.810156N；Y向拖板尺寸：200180501800000；重量：3220018050107.810140.4N；上导轨座重量：23(800200824003555)7.81010300N；夹具及工件重量：约160N则X—Y工作台运动部分的总重量约：1100N52、滚动导轨的参数确定：（1）导轨型式：双V型滚珠导轨（2）导轨长度:○1上导轨（X向）取动导轨长度400Bl;动导轨行程350l;支承导轨长度750BLll;保持器长度3752GBlLl;○2下导轨（Y向）取动导轨长度400Bl;动导轨行程350l;支承导轨长度750BLll;保持器长度3752GBlLl;（3）滚动体尺寸与参数的确定:滚珠直径取d=6mm数目根据30GZd决定。○1上导轨130156160446Gx,所以44620300.6Z;X向动导轨长度400Bl;则10Zx,两滚珠之间的间距40t。②下导轨G=740N所以74034300.6Z因为400Bl,取20Zx,滚珠之间的间距20t。（4）许用负载验算:平均每个滚珠上最大负载maxGPPZ而12()22ZGHGPPP6式中Hp为导轨的预加负荷，按最大工作负荷的二分